曹 宇
（晋能控股煤业集团机电管理部，山西 大同 037003）
晋能控股煤业集团刘家梁矿核定生产能力为240 万t/a，8115 工作面位于301 采区，主要开采4号煤层，煤层厚度为1.31～5.43 m，平均厚度3.21 m，煤层倾角为1°～25°，平均倾角12°。8115 工作面底抽巷大倾斜带式输送机在设计时，会出现变坡点突然抬升20°以上的状况。变坡点中间位置抬高，带式输送机设备易发生飘带现象。为保障8115 底抽巷带式输送机的运行安全，防止飘带现象的发生，保证人员和设备安全，对其进行防飘带优化设计。
刘家梁矿8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机初始设计参数见表1。
表1 8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机设计参数
2.1 初始设计“方案一”分析
初始设计“方案一”：8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机整机设计为DTII 带式输送机，平巷段设计为35°上槽型托辊组，间距1.5 m；
采用平行下托辊组。变坡点抬升角度20°，承载托辊采用60°深槽双排四联V 形托辊组装置，采用头部集中驱动。
带式输送机在通过凹弧段时，容易出现飘带现象，通过凹弧段时张力较大，输送带易向上抬起，从而造成带式输送机发生飘带现象，输送带脱离托辊引起撒料、跑偏等安全事故。选择在空载工况下最容易发生飘带现象的情况下对输送带凹弧段曲率半径进行计算校核。凹弧段曲率半径经验计算公式为：
式中：R2为凹弧段曲率半径，m；
Fx为凹弧段起点处输送带张力，N；
qb为输送带质量，kg/m；
g为重力加速度，取9.81 m/s2。
经计算可得凹弧段曲率半径R2≥4.91 m，即凹弧段最小曲率半径为4.91 m。经计算在保障不发生飘带的情况下抬升高度至少为7.8 m，而8115 工作面底抽巷道高度仅为3.6 m，因此在8115 工作面底抽巷变坡点位置带式输送机输送带与巷道顶板两者间会发生干涉问题。
设计采用减小凹弧段曲率半径、安设压带轮的技术措施来降低带式输送机输送带在变坡点的抬升高度，如图1 所示。设计压带轮尺寸大小为Φ400 mm×70 mm，两侧倒角5×45°，在凹弧起始段和中间位置安装2～4 组压带轮，压带轮通过U 形螺栓固定在带式输送机中间架上，安装位置任意可调。安装情况如图2。
图1 压带轮结构示意图
图2 带式输送机压带轮安装示意图
该设计方案不足之处：设计的压带轮阻碍大块煤料和矸石的顺利通过，运输过程中因压带轮的阻碍导致输送带局部受力变大，进而发生输送带跑偏现象；
压带轮与输送带的频繁摩擦会导致输送带产生安全隐患，发生输送带撕裂事故。
2.2 初始设计“方案二”分析
8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机初始设计“方案二”：根据该大倾角带式输送机的主要技术参数，设计采用两条带式输送机分段运输方案。在巷道的平巷段1340 m 设计安装第一条带式输送机，在变坡点20°设计安装第二条带式输送机，两条输送机采用头尾搭接方案，如图3 所示。从图中可知，可将第一条带式输送机机头抬高，直接卸煤至第二条带式输送机机尾。
图3 两条带式输送机头尾搭接方案示意图
该设计方案不足之处：方案中需要采用2 条带式输送机及2 套配套的驱动装置，设备的采购和运行成本大幅度增长，另外岗位人数及设备维护量增加。
从8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机初始设计方案可知，初始方案一和初始方案二都存在一定的问题。为有效防止大倾角带式输送机飘带现象的发生，设计转载式防飘带方案。
3.1 上运凹弧段优化设计
根据8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机初始设计方案，基于设备凹弧段半径计算结果可知，需要采用设置多组压带轮的方案来防止带式输送机飘带事故的发生，但是对输送带的磨损较大，会造成重大安全事故。
根据8115 工作面底抽巷走势和高度等情况，设计大倾角带式输送机转载式防飘带优化方案。具体内容：设计一组H 型组合钢架，让H 型组合钢架与改向滚筒进行彼此配合，实现原料的2 次卸载，如图4 所示。
图4 变坡点优化设计示意图
在H 形组合钢架上安装改向滚筒，调整输送带绕带方式。从图4 可知，从煤料运行方向来看，输送带绕过第1 改向滚筒后保持原运行方向，经P 形清扫器和H 形清扫器后，绕过第2 改向滚筒仍保持原来运行方向。P 形清扫器安装在第1 改向滚筒下方位置，对输送带煤泥进行清扫；
H 形清扫器安装在第1、第2 改向滚筒输送带中部下方位置，对输送带煤泥进一步进行清扫，保障第2 改向滚筒输送带上不粘结煤泥，防止输送带跑偏事故的发生。煤料转载落入输送带上，在第1 改向滚筒正前方设置有缓冲床装置，可有效降低煤料对输送带的冲击。变坡后输送机倾角高达20°，设计安装有60°深槽四联托辊组，增加煤料堆积角度和堆积深度，可大幅度提高煤料、输送带及其相互之间的摩擦力，防止煤料滑落。设计第3 改向滚筒即防飘带的压带滚筒，当通过凹弧段张力较大时，起到防飘带发生的作用。
3.2 下运大倾角带式输送机优化设计
下运大倾角带式输送机在大变坡角度位置也会发生飘带现象，同样将上运凹弧段优化设计应用于下运大倾角带式输送机，其优化设计情况如图5 所示。60°深槽双排四联V 形托辊组、挡偏装置、挡滚煤装置、H 形钢架、第1+第2+第3 改向滚筒、P 形清扫器、H 形清扫器等部件与上运凹弧段大倾角带式输送机变坡点优化设计基本一致；
另外经过第2 改向滚筒后，在转载落料区域设置有缓冲床，可有效降低煤料对输送带的冲击。
图5 下运大倾角带式输送机优化设计
刘家梁矿8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机采用2 台TYBVFT-1000L-60（1000/1140）型矿用隔爆型永磁同步变频调速一体机进行驱动，采用2 台BPQJ-3×1000/1140 型矿用隔爆兼本质安全型组合变频起动器，KZP-1000 型带式输送机用盘式制动装置，NJZ280 逆止器。
2021 年5 月，对8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机上运、下运凹弧段进行了优化改造设计并投入到实践应用。当前该工作面底抽巷大倾角带式输送机已安全稳定运行10 个月时间，运行期间未出现一起大倾角带式输送机的飘带和跑偏事故，防飘带装置的应用效果理想，大倾角带式输送机防飘带装置的优化设计合理。
针对刘家梁矿8115 工作面底抽巷大倾角带式输送机初始设计方案当中存在的问题，对大倾角带式输送机防飘带设计方案进行了优化，设计采用转载式防飘带设计方案。该优化改造方案从2021 年5月进行了实践应用，已安全稳定运行10 个月时间，期间未出现一起大倾角带式输送机的飘带和跑偏事故，有效地解决了8115 工作面底抽巷带式输送机平巷或小角度直接抬升至大角度时造成的飘带现象。
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